JP6459433B2 - 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ及びその製造方法に関する。

電力変換装置などに用いられる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（以下「ＩＧＢＴ」と称する。）では、特許文献１に示すように、ｎ型のドリフト領域にｐ型の不純物元素のイオンを注入して格子欠陥領域を形成した後、活性領域（ＩＧＢＴ部）中の格子欠陥領域をレーザーアニールにより活性化して、ｐ型のコレクタ領域を形成する方法が行われている。

特開２００８−００４８６６号公報

しかし特許文献１の逆阻止ＩＧＢＴのように、活性領域中の格子欠陥領域全面をレーザーアニールで活性化してコレクタ領域を形成するとき、コレクタ領域とドリフト領域との逆耐圧接合部における格子欠陥領域の存在割合が低くなりすぎるとともに相対的にコレクタ領域が予想以上に厚くなる場合がある。そのため、コレクタ領域からドリフト領域へ注入される正孔の量が大きくなって、ＩＧＢＴの順方向の耐圧が低下するという問題がある。

本発明は上記の問題に着目して為されたものであって、活性領域中のコレクタ領域の厚みを好適に制御し、順方向の耐圧低下を抑制できる絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのある態様は、第１導電型のドリフト領域上に設けられた第２導電型のベース領域と、このベース領域の内部に選択的に設けられた第１導電型のエミッタ領域と、ベース領域の表面とエミッタ領域の表面とに共通して対向するように選択的に設けられたゲート電極と、ドリフト領域の下に設けられると共に、第２導電型の不純物が導入された格子欠陥領域と、この格子欠陥領域の下に設けられると共に、一部がベース領域側へ選択的に突出する高拡散領域を有するコレクタ領域と、を備えることを要旨とする。

また本発明に係る絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法のある態様は、第１導電型のドリフト領域の表面に第２導電型のベース領域を形成する工程と、ベース領域の一部に第１導電型のエミッタ領域を形成する工程と、ベース領域の表面とエミッタ領域の表面とに共通して対向するようにゲート電極を選択的に形成する工程と、ドリフト領域のベース領域と反対側の面に第２導電型の不純物イオンを注入して格子欠陥領域を形成する工程と、熱処理によって格子欠陥領域に注入された不純物イオンを活性化して第２導電型のコレクタ領域を形成する工程と、選択的なレーザーアニールによって格子欠陥領域に注入された不純物イオンの一部を更に活性化すると共に、格子欠陥領域の格子欠陥の一部を緩和して、コレクタ領域の一部にベース領域側へ突出する高拡散領域を形成する工程と、を含むことを要旨とする。

従って本発明に係る絶縁ゲート型バイポーラトランジスタによれば、コレクタ領域の厚みを好適に制御し、順方向の耐圧低下を抑制できる。

本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴを模式的に説明する断面図である。 本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴの製造方法を説明する断面図である（その１）。 本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴの製造方法を説明する断面図である（その２）。 本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴの製造方法を説明する断面図である（その３）。 本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴの製造方法を説明する断面図である（その４）。 拡がり抵抗（ＳＲ）法を用いて測定したキャリア濃度の分布を説明する図である。 本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴのコレクタ領域の裏面を模式的に説明する下面図である。 本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴのレーザー光の照射率と耐圧との関係を示す特性図である。 本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴのレーザー光の照射率と逆漏れ電流との関係を示す特性図である。 図１０（ａ）は、第１変形例に係るＩＧＢＴを模式的に説明する断面図であり、図１０（ｂ）は、第１変形例に係るＩＧＢＴのコレクタ領域の裏面を模式的に説明する下面図である。 図１１（ａ）は、第２変形例に係るＩＧＢＴを模式的に説明する断面図であり、図１１（ｂ）は、第２変形例に係るＩＧＢＴのコレクタ領域の裏面を模式的に説明する下面図である。 図１２（ａ）は、第３変形例に係るＩＧＢＴを模式的に説明する断面図であり、図１２（ｂ）は、第３変形例に係るＩＧＢＴのコレクタ領域の裏面を模式的に説明する下面図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層や配線の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。また以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を９０度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を１８０度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。同様に、「表面」、「裏面」等の表現は単なる選択であって、逆の定義でも構わない。

また以下の本発明の実施の形態の説明では、第１導電型がｎ型、第２導電型がｐ型の場合について例示的に説明するが、導電型を逆の関係に選択して、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型としても構わない。また本明細書及び添付図面においては、ｎ又はｐを冠した領域や層では、それぞれ電子又は正孔が多数キャリアであることを意味する。またｎやｐに付す＋や−は、＋及び−が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物濃度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。また添付図面においては、見易さのため適宜ハッチングの図示を省略している。

（ＩＧＢＴの構造）
本発明の実施の形態に係る絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）は、図１に示すように、半導体基板の表面（図１中の上面）側の略中央に位置し主電流が流れる活性領域Ａと、この活性領域Ａの外側に活性領域Ａを囲むように設けられた耐圧構造領域Ｂと、この耐圧構造領域Ｂの外側に耐圧構造領域Ｂを囲むように設けられた分離拡散領域Ｃと、を備える逆阻止ＩＧＢＴである。

活性領域Ａには、プレーナ型のＭＯＳゲート構造が周期的に形成されている。耐圧構造領域Ｂには、複数の第２導電型（ｐ型）のウェル領域及びこのウェル領域に接するフィールドプレート電極が設けられ、ＩＧＢＴの耐圧を高めている。活性領域Ａと耐圧構造領域Ｂとの境界は、図１では、左右方向の両端に位置する２つのベース領域１２ａ，１２ｈのそれぞれの外側の端面の位置である。すなわち活性領域Ａは、２つのベース領域１２ａ，１２ｈに挟まれた内側の領域として定義される。また図示を省略するが、ＩＧＢＴは、図１の左右方向に直交し紙面を垂直に貫く方向である奥行方向にもＭＯＳゲート構造が複数連続して形成されたマトリクス状のトポロジーを有しており、左右方向の両端の境界と同様に、奥行方向の両端にも耐圧構造領域Ｂとの境界がそれぞれ設定されている。

分離拡散領域Ｃには、選択的に深い第２導電型（ｐ型）を呈する不純物の拡散領域である分離層２０が形成され、分離層２０は、半導体基板の両方の主面を連結するようにドリフト領域１１の表面から、半導体基板の裏面（図１中の下面）側のコレクタ領域１まで形成されている。分離層２０が形成されていることにより、逆方向の電圧が印加されても、逆耐圧接合部である、コレクタ領域１とドリフト領域１１の間のｐｎ接合界面の終端部が、耐圧構造領域Ｂの表面側に表われ、チップ化の際に切断されてもＩＧＢＴの側面に露出しない。そのため大きな漏れ電流の発生が抑制され、逆阻止ＩＧＢＴの逆耐圧信頼性が高められている。

活性領域ＡにおいてＩＧＢＴは、第１導電型のドリフト領域１１の表面層の一部に設けられた複数の第２導電型のベース領域１２ａ，１２ｂ，…１２ｈと、複数のベース領域１２ａ，１２ｂ，…１２ｈの内部にそれぞれ選択的に設けられた複数の第１導電型のエミッタ領域１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，…１３ｈ２と、を備える。またＩＧＢＴは、それぞれゲート絶縁膜１４ａ，１４ｂ，…１４ｉを介して複数のベース領域１２ａ，１２ｂ，…１２ｈの表面と複数のエミッタ領域１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，…１３ｈ２の表面とに対向して選択的に設けられた複数のゲート電極１５ａ，１５ｂ，…１５ｉと、このゲート電極１５ａ，１５ｂ，…１５ｉの上に積層された複数の層間絶縁膜１６ａ，１６ｂ，…１６ｉとを備える。

またＩＧＢＴは、複数の層間絶縁膜１６ａ，１６ｂ，…１６ｉ上に、複数のエミッタ領域１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，…１３ｈ２の表面と複数のベース領域１２ａ，１２ｂ，…１２ｈの表面とに共通に接触して設けられたエミッタ電極１７と、ドリフト領域１１のベース領域１２ａ〜１２ｈと反対側の面に第２導電型を呈する不純物を導入して設けられた格子欠陥領域２と、を備える。図１中では８個のベース領域１２ａ，１２ｂ，…１２ｈが例示されているが、ベース領域の個数は８個以上でも以下でもよく、定格電流等の仕様に応じて適宜変更されてよい。

またＩＧＢＴは、格子欠陥領域２の下側の領域を拡散して形成されるとともに、ベース領域１２ａ〜１２ｈ側へ選択的に突出する高拡散領域１ａを有する第２導電型のコレクタ領域１と、このコレクタ領域１のドリフト領域１１と反対側の面上に設けられたコレクタ電極３とを備える。

ドリフト領域１１は、第１導電型（ｎ型）で低不純物濃度すなわち比較的高抵抗に形成された半導体領域である。例えば、逆阻止ＩＧＢＴの耐圧クラスが６００Ｖ〜１２００Ｖである場合、ドリフト領域１１の表面側から裏面側までの厚みは、５０μｍ〜２００μｍ程度の範囲内とされ、図１に示したＩＧＢＴの場合、９５μｍ程度に構成されている。

ベース領域１２ａ，１２ｂ，…１２ｈは第２導電型（ｐ型）の半導体領域である。エミッタ領域は第１導電型（ｎ型）で高不純物濃度すなわち比較的低抵抗に形成された半導体領域である。コレクタ領域１は、第２導電型（ｐ型）で高不純物濃度に形成された半導体領域であり、ＩＧＢＴに順方向の電圧が印加された時に、ドリフト領域１１に注入する正孔がコレクタ領域１から供給される。

ドリフト領域１１の裏面側のコレクタ領域１に近接する領域には、低ライフタイム領域として格子欠陥領域２が形成されている。格子欠陥領域２は、ドリフト領域１１に注入されたボロン（Ｂ）等の不純物イオンによる格子欠陥が生じている領域である。格子欠陥領域２に注入された不純物イオンが熱処理により活性化され、コレクタ領域１が形成される。すなわち格子欠陥領域２中の不純物イオンが活性化されて、可動キャリアが形成されることで、コレクタ領域１として機能する。

コレクタ領域１には、図１に示すように、コレクタ領域１の上面からベース領域側に突出するように、面内方向において選択的に他の箇所より大きな厚みを有する高拡散領域１ａが形成されている。高拡散領域１ａは、格子欠陥領域２が選択的に活性化されコレクタ領域１として機能する領域であり、高拡散領域１ａでは第２導電型（ｐ型）を呈する不純物イオンが活性化されて、コレクタ領域１中の他の領域よりも、ベース領域１２ａ〜１２ｈ側に深く拡散している。

高拡散領域１ａは、図１中では、断面が横長の矩形を示し、図１の紙面の奥行方向に延びるように形成された略直方体状で模式化された領域で示されている。図１に示したＩＧＢＴの場合、高拡散領域１ａは、活性領域Ａにおいて右側端部寄り位置に形成されており、ドリフト領域１１とのｐｎ接合界面となる高拡散領域１ａの上面は、図中右側の３個のベース領域１２ｆ，１２ｇ，１２ｈに対向している。すなわち高拡散領域１ａの耐圧構造領域Ｂ側の側面は、活性領域Ａと耐圧構造領域Ｂとの境界に位置している。また高拡散領域１ａは、奥行方向においては活性領域Ａの端から端まで形成されており、高拡散領域１ａの奥行方向の長さは活性領域Ａの奥行方向の長さと略同じである。

高拡散領域１ａの上面又は下面の面積、すなわち半導体基板の裏面を正面から見たときに表れる面積は、活性領域Ａのすべての面積に対して１０％以上４０％以下、望ましくは２０％以上３０％以下の比率となるように形成されている。よって、活性領域Ａの面積を図７に示すような１辺の長さがｗである正方形の面積で表す場合、高拡散領域１ａの幅ｗａは、活性領域Ａの幅ｗの１０％以上４０％以下の長さとなる。図１中の左右方向の長さで示した高拡散領域１ａの面積は、活性領域Ａの面積に対して３分の１程度の比率に形成され、また高拡散領域１ａの幅ｗａは、活性領域Ａの幅ｗの３分の１程度の長さで形成されている。

高拡散領域１ａの上面又は下面の面積が活性領域Ａの面積に対して１０％以上４０％以下、望ましくは２０％以上３０％以下の比率となるようにコレクタ領域１の厚みが制御されていることにより、順方向の耐圧低下を抑制した好適なＩＧＢＴとすることができる。高拡散領域１ａの上面又は下面の面積が活性領域Ａの面積に対して１０％未満の場合、コレクタ領域１とドリフト領域１１との間に存在する格子欠陥領域が多くなるため、ＩＧＢＴに逆方向の電圧が印加された際、逆漏れ電流が大きくなる。また高拡散領域１ａの上面又は下面の面積が活性領域Ａの面積に対して４０％を超える場合、ＩＧＢＴに順方向の電圧が印加された際、コレクタ領域１からドリフト領域１１へ注入される正孔の量が多くなり、順耐圧が低下する。

（ＩＧＢＴの製造方法）
次に、本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴの製造方法を、図２〜図５を参照して説明する。尚、図２〜図５中のベース領域１２が、図１中に示した複数のベース領域１２ａ，１２ｂ，…１２ｈに対応する。また図２〜図５中の２個のエミッタ領域１３ｍ，１３ｎが、図１中に示した複数のエミッタ領域１３ａ１，１３ａ２，１３ｂ１，…１３ｈ２に対応する。また図２〜図５中の２個のゲート絶縁膜１４ｍ，１４ｎが、図１中に示した複数のゲート絶縁膜１４ａ，１４ｂ，…１４ｉに対応する。また図２〜図５中の２個のゲート電極１５ｍ，１５ｎが、図１中の複数のゲート電極１５ａ，１５ｂ，…１５ｉに対応する。また図２〜図５中の２個の層間絶縁膜１６ｍ，１６ｎが、図１中の複数の層間絶縁膜１６ａ，１６ｂ，…１６ｉに対応する。

（ａ）まず例えば厚さ５００μｍ程度以上のｎ型を呈するシリコン半導体基板の表面に、０．８〜２．５μｍ程度の膜厚の熱酸化膜を、分離拡散領域Ｃを形成するためのドーパントマスクとして形成した上で所定の形状にパターニングして、不純物イオンを導入するための開口部を形成する。そして開口部からボロン（Ｂ）等のｐ型を呈する不純物イオンを注入した後、熱酸化膜を除去し、１３００℃程度で１００〜３００時間程度、熱処理により活性化して裏面側まで深く拡散させ、１００〜２００μｍ程度の深さの分離層２０を形成する。

（ｂ）次に、半導体基板の表面上において、熱処理中に形成された酸化膜を除去した後、改めて酸化膜を形成し、例えばフォトリソグラフィ技術及びイオン注入法等を用いて、ボロン（Ｂ）等のｐ型を呈する不純物イオンを注入した後、熱処理により活性化して、図２に示すように、活性領域Ａ中のドリフト領域１１にベース領域１２を形成する。

次に、半導体基板の表面上に熱酸化法等により複数のゲート絶縁膜１４ｍ，１４ｎを形成する。そして形成されたゲート絶縁膜１４ｍ，１４ｎの上に、減圧ＣＶＤ法等を用いて、ドープドポリシリコン膜を積層した後、フォトリソグラフィ技術等を用いてレジストをパターニングしてマスクとするとともにドライエッチング技術等でドープドポリシリコン膜をエッチングし、複数のゲート電極１５ｍ，１５ｎを形成する。次に、半導体基板の表面側からリン（Ｐ）等のｎ型を呈する不純物イオンを注入するとともに熱処理により活性化して、ベース領域１２の内部に複数のエミッタ領域１３ｍ，１３ｎを、ゲート電極１５ｍ，１５ｎに対して自己整合させて、それぞれ形成する。

次に、ゲート電極１５ｍ，１５ｎの上に、ＣＶＤ法等により層間絶縁膜１６ｍ，１６ｎを形成する。そして、フォトリソグラフィ技術等を用いてエミッタ領域１３ｍ，１３ｎとベース領域１２とに共通して開口するように複数のコンタクトホールを形成した後、アルミニウム（Ａｌ）やシリコン（Ｓｉ）等の膜を、真空蒸着法やスパッタリング法等を用いて堆積させた後、フォトリソグラフィ技術等を用いてパターニングして層間絶縁膜１６ｍ，１６ｎ上に、エミッタ電極１７を形成する。そして半導体基板全面に電子線を照射してライフタイムキラーを導入する。次に半導体基板の裏面を研削して半導体基板の厚みを減じ、研削された裏面に分離層２０の下端面を露出させる。

（ｃ）次に、図３に示すように、半導体基板の裏面全面に、ボロン（Ｂ）等のｐ型を呈する不純物イオンを注入して、ドリフト領域１１の裏面側に格子欠陥領域２を形成する。このときイオン注入は２回、それぞれの注入時のエネルギーの強弱を変えて、裏面から比較的浅い位置と深い位置とに目標位置を設定して行われる。１回目のイオン注入は例えば１８０ｋｅＶの加速エネルギーで、ドーズ量を１×１０^１３（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）として行うとともに、２回目のイオン注入は４５ｋｅＶの加速エネルギーで、ドーズ量を１×１０^１３（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^２）として行う。

（ｄ）次に、図４に示すように、炉アニール等の熱処理によって格子欠陥領域２を活性化し、格子欠陥領域２のベース領域１２と反対側の領域の一部をコレクタ領域１として形成する。熱処理は例えば、約３００℃で６０分程度の低温アニールを行う。形成されたコレクタ領域１と分離層２０とは導電接続される。このとき、図６中の正方形をデータ点とするプロットが描く軌跡で示すように、ボロン（Ｂ）によるキャリア濃度は裏面から約０．２μｍの深さ位置でピーク（３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度）となり、その後の急激な落ち込みの軌跡を示す。最も落ち込んだ位置である約０．２８μｍの深さ位置は炉アニールによって形成されたｐｎ接合界面の位置とみなすことができる。また約０．３μｍより深い領域ではボロン（Ｂ）は活性化されていない。熱処理により、約０．３μｍ程度の厚みのコレクタ領域１が形成される。

（ｅ）次に、半導体基板を支持台を介してＸＹステージ上に載置し、ＸＹステージを所定の方向に移動させ、図５に示すように、コレクタ領域１の表面上の一部の領域に対してレーザー光を幅２５０μｍで照射し、格子欠陥領域２に注入されたボロン（Ｂ）のイオンの一部を更に活性化させるレーザーアニールを行う。このとき、活性領域Ａの全面に対応して形成された格子欠陥領域２のすべての領域に対してレーザー光を照射するのではなく、照射領域の面積が、格子欠陥領域２のうち活性領域Ａの面積に対して１０％以上４０％以下の比率となるようにレーザー光を選択的に照射する。図５中ではレーザー光は、左右方向に測った長さが活性領域Ａの幅の３分の１程度の幅を有する領域に選択的に照射されている。そしてドリフト領域１１の下面上にアルミニウム（Ａｌ）やシリコン（Ｓｉ）等の金属板を例えば合金法により接合してコレクタ電極３を形成する。

照射領域においては、レーザー光は、例えばＸ方向の移動の際に照射領域が５０％ずつ重なるように半導体基板の移動を制御して照射してもよい。またレーザー光の種類及び照射エネルギー密度も適宜設定されてよい。図６に、レーザー光として波長λ＝５３２ｎｍの光すなわちＹＡＧレーザーの第二高調波（２ω）を使用し、照射エネルギー密度を１．４Ｊ／ｃｍ^２とした場合のキャリア濃度の分布を示す。

レーザーアニールにより、格子欠陥領域２は、炉アニール等の熱処理よりも深い位置での拡散が進行し、高拡散領域１ａがコレクタ電極３側からベース領域１２側へ突出するように形成される。また、格子欠陥領域２の高拡散領域１ａの上端に近接する領域は格子欠陥の一部が緩和され、突出する高拡散領域１ａの上端に応じてベース領域１２側へ引っ込むような形状となり、格子欠陥領域２中の他の領域より厚みが小さくなる。

図６中の菱形をデータ点とするプロットが描く軌跡で示すように、ボロン（Ｂ）によるキャリア濃度は裏面から約０．１５μｍの深さ位置でピーク（８×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度）であり、約０．５μｍの深さ位置まで高い濃度（２×１０^１６〜２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度）を示す。最も落ち込んだ位置である約０．６４μｍの深さ位置は、レーザーアニールによって形成されたｐｎ接合界面の位置とみなすことができる。また約０．７μｍより深い領域ではボロンは活性化されていない。レーザーアニールにより、他の領域の厚みに比べて約２．３倍の厚みである約０．７μｍ程度の高拡散領域１ａが、コレクタ領域１中に選択的に形成される。すなわちドリフト領域１１とコレクタ領域１とのｐｎ接合界面において、高拡散領域１ａが形成されている箇所と、高拡散領域１ａ以外の箇所との間で高低差が形成され、高い側の界面高さは、低い側の界面高さの約２．３倍に形成されている。その後、半導体基板を分離拡散領域Ｃの位置でダイシングして複数枚にチップ化する。

図７にコレクタ電極３の層を除いた状態のコレクタ領域１の裏面を示す。高拡散領域１ａは、縦長の状態で矩形の長辺の一辺を、活性領域Ａの正方形の右側の一辺に重ね合わせた位置に配置されている。すなわち高拡散領域１ａは、図７中の右側の端部から中央側へ向かって、活性領域Ａの正方形の面積のうち３分の１程度の面積を占める領域を下面として有するように形成されている。

高拡散領域１ａはレーザー光の照射により、他の領域よりも微視的に見たときの凹凸が多く形成され、表面モホロジーが荒れた状態を示す。尚、活性領域Ａ及び高拡散領域１ａの面積を表す形状は正方形や矩形に限定されることなく、他の多角形や円形等の幾何学形状で表すことが可能である。

（ＩＧＢＴの特性）
本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴの耐圧特性を、レーザー光の照射面積の活性領域Ａの面積に対する比率（以下「照射率」という。）を変化させて測定した結果を図８に示す。レーザーアニールにより、ドリフト領域１１とコレクタ領域１とのｐｎ接合界面付近において、格子欠陥領域２がレーザー光を全く照射しない照射率０％の場合より多く活性化され、格子欠陥領域２中の格子欠陥の一部が緩和される。そのため、図８中の正方形をデータ点とするプロットで示すように、逆耐圧は照射率１０％で約７３０Ｖ、また照射率４０％で約７５０Ｖとなり、照射率０％の場合（約７２０Ｖ）よりも逆耐圧を高めることができる。

一方、図８中の菱形をデータ点とするプロットで示すように、１ｍＡあたりの順耐圧は、照射率１０％で約６９５Ｖ、また照射率４０％で約６７０Ｖと、拡散深さの深い高拡散領域１ａが形成されることで正孔濃度が高まる影響により、照射率０％の場合（約７２０Ｖ）に比べ若干低下するものの、順耐圧の低下率は１０％未満に抑えることができる。

またレーザーアニールにより拡散深さの深い高拡散領域１ａを選択的に形成し、高拡散領域１ａが形成された格子欠陥領域２中の格子欠陥が緩和され、漏れ電流の要因となるキャリアの発生源としての格子欠陥領域２の、活性領域Ａにおける存在比率が低減する。そのため、図９に示すように、７００Ｖ当たりの逆漏れ電流は、照射率１０％で約３４μＡ、また照射率４０％で約１４μＡとなり、照射率０％の場合（約８０μＡ）よりも逆漏れ電流を大きく低減できる。尚、イオン注入したボロン（Ｂ）の、３００℃における低温熱処理による平均活性化率は概ね数％に留まるとともに、レーザーアニールによる平均活性化率は５０％程度である。そのためレーザー光の照射率を１０％以上４０％以下としてレーザーアニールが施されたＩＧＢＴでは、活性領域Ａ全体において、ボロン（Ｂ）の平均活性化率が５％以上２０％以下程度の範囲である。

本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴによれば、活性領域Ａ中のコレクタ領域１において選択的に形成された高拡散領域１ａが、ベース領域１２側へ突出して高拡散領域１ａ以外の他の領域よりも厚いことにより、コレクタ領域１の面内方向の厚みが部分的に異なるように制御されている。そのため、図９に示すように、ＩＧＢＴの順方向の耐圧低下を抑制することができる。そして図８に示すように、ＩＧＢＴの逆耐圧の向上と逆漏れ電流の抑制とのトレードオフをバランスよく達成する。すなわちレーザーアニールを活性領域Ａ全面に行う場合（照射率１００％）に生じる順耐圧低下のデメリットを抑えつつ、３００℃程度の低温熱処理のみを行う場合（照射率０％）より逆耐圧時の信頼性を高めることができる。

また本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴの製造方法では、コレクタ領域１の表面上にレーザー光を照射する位置と照射しない位置とを分けてスキャンしながら一定の強度でレーザー光を照射することにより活性領域Ａの面内方向で高拡散領域１ａを選択的に形成する。すなわちレーザー光を照射又は非照射という簡易な切り換えを行うだけで、活性領域Ａにおける高拡散領域１ａ及び格子欠陥領域２の存在比率を制御するので、ＩＧＢＴの製造プロセスを容易にすることができる。

また本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴの製造方法によれば、熱処理は３００℃程度の低温で行うことができため、アルミニウム（Ａｌ）の電極等、熱に弱い素材が半導体基板に取り付けられた状態であっても、高温の熱処理を長時間行うことなく、格子欠陥領域２を選択的に活性化させることができる。

本発明は上記のとおり開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。例えば本発明の実施の形態では、キャリア蓄積領域に正孔が蓄積されることで伝導度変調効果が生じるｎｐｎトランジスタ型のＩＧＢＴを説明したが、これに限定されず、ｎとｐとを入れ替えてｐｎｐトランジスタ型とし、蓄積されるキャリアを電子とするＩＧＢＴを構成してもよい。またＭＯＳゲート構造としてプレーナ型に限定されることなく、トレンチ型であってもよい。またＩＧＢＴとして逆阻止ＩＧＢＴに限定されるものではない。

（第１変形例）
図１０（ａ）に示した第１変形例に係るＩＧＢＴ、及び後述する第２変形例に係るＩＧＢＴ並びに第３変形例に係るＩＧＢＴは、いずれも、図１〜図９で説明した本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴと同様の逆阻止ＩＧＢＴである。よってそれぞれの変形例の説明では、本発明の実施の形態に係るＩＧＢＴと共通する構造の説明を適宜省略するとともに、相違する構造について説明する。

第１変形例に係るＩＧＢＴの高拡散領域１ｂは、図１に示したＩＧＢＴと同様に、図１０（ａ）中で、断面が横長の矩形を示す略直方体状で模式化された領域で示され、コレクタ領域１の左右方向の中央に形成されている点が、図１に示したＩＧＢＴと異なる。高拡散領域１ｂは、上面又は下面の面積が活性領域Ａのすべての面積に対して１０％以上４０％以下の比率となるようにレーザーアニールが施されて形成され、図１０（ａ）中に示した高拡散領域１ｂの幅ｗｂは、活性領域Ａの幅ｗの３分の１程度の長さで形成されている。高拡散領域１ｂは、上記（ＩＧＢＴの製造方法）で説明した処理と同様の処理を、レーザーアニール処理において、図１０（ｂ）に示す高拡散領域１ｂのパターンを形成するように、レーザー光の照射位置を設定してスキャン照射することで製造できる。

図１０に示したＩＧＢＴでは、高拡散領域１ｂが、活性領域Ａの左右方向の中央部に、長手方向を活性領域Ａの奥行方向に揃えて形成されているので、高拡散領域１ｂの左右に格子欠陥領域２が対称的に位置するように、コレクタ領域１が形成される。そのため、格子欠陥領域２が活性領域Ａにおいて奥行方向に対称的に位置するとともに、左右方向にも対称的に位置するように、コレクタ領域１が形成される。よって図１に示したＩＧＢＴよりも、活性領域Ａの左右方向における両端間の電界の分布の偏りを平坦化することができる。

（第２変形例）
図１１（ａ）に示した第２変形例に係るＩＧＢＴのコレクタ領域１には、コレクタ領域１の上面からベース領域１２側に突出するように、面内方向において選択的に他の箇所より大きな厚みを有する３個の高拡散領域１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３が形成されている。３個の高拡散領域１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３は、図１及び図１０に示したＩＧＢＴと同様に、図１１（ａ）中で、断面が横長の矩形を示す略直方体状で模式化された領域で示され、コレクタ領域１の中央に左右対称的に形成されている。

３個の高拡散領域１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３は、上面又は下面の面積の総和が、ＩＧＢＴの活性領域Ａの面積に対して１０％以上４０％以下の比率となるように形成されている。また図１１（ａ）中の３個の高拡散領域１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３のそれぞれの幅ｗｃ１，ｗｃ２，ｗｃ３はいずれも等幅である。３個の高拡散領域１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３は、コレクタ領域１の上面にストライプ状に配置されている。

３個の高拡散領域１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３の下面は、いずれも同じ矩形状の領域に形成され、矩形の長辺の長さは活性領域Ａの正方形の一辺の長さ（活性領域Ａの幅ｗ）と略等しい。また矩形の短辺の長さは活性領域Ａの正方形の一辺の長さ（活性領域Ａの幅ｗ）の約９分の１程度である。３個の高拡散領域１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３は、図１１（ｂ）中、縦長の状態で活性領域Ａの左右方向の中央に等間隔で配置されている。すなわちコレクタ電極３の表面上に３個の高拡散領域１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３が互いに分離して形成され、ストライプ状のパターンが形成されている。３個の高拡散領域１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３の下面の面積の総和が、活性領域Ａの正方形の面積に対して３分の１程度の比率である。

図１１に示したＩＧＢＴでは、３個の高拡散領域１ｃ１，１ｃ２，１ｃ３が、活性領域Ａの左右方向の中央部に、長手方向を活性領域Ａの奥行方向に揃えて等間隔で並行となるように、コレクタ領域１が形成される。そのため、図１０に示したＩＧＢＴと同様に、格子欠陥領域２が活性領域Ａにおいて奥行方向及び左右方向に対称的に位置するように、コレクタ領域１が形成されると共に、活性領域Ａの左右方向における高拡散領域の存在範囲が拡がる。よって図１０に示したＩＧＢＴよりも、活性領域Ａの左右方向における両端間の電界の分布の偏りをさらに平坦化することができる。

（第３変形例）
また図１２に示した第３変形例に係るＩＧＢＴのコレクタ領域１には、コレクタ領域１の上面からベース領域１２側に突出するように、面内方向において選択的に他の箇所より大きな厚みを有する１５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ１５が形成されている。図１２（ａ）中には、紙面を正面から見て手前側に表われる５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ５が示されている。１５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ１５はそれぞれ同形状であり、図１２（ａ）中で、断面が横長の矩形を示す略直方体状で模式化された領域で示され、コレクタ領域１の左右方向の中央に等間隔で形成されている。

１５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ１５は、上面又は下面の面積の和が、ＩＧＢＴの活性領域Ａの面積に対して１０％以上４０％以下の比率となるように形成されている。また１５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ１５のそれぞれの幅ｗｄ１，ｗｄ２，…ｗｄ１５はいずれも等幅である。１５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ１５は、コレクタ領域１の上面で左右方向に等間隔で５個、また奥行方向にも等間隔で３個それぞれ並設されたマトリクス状に配置されている。

１５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ１５の形成は、例えばレーザー光をＸ方向に沿って等間隔で照射して第１の照射ラインを形成した後、照射位置をＹ方向に移動させ、第１の照射ラインと平行に、第１の照射ラインと同様にＸ方向に等間隔でレーザー光を照射して第２の照射ラインを形成して、更に照射位置をＹ方向に移動させ…と、Ｘ方向における照射とＹ方向における照射とを所定の回数繰り返すことにより行うことができる。

１５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ１５の下面は、いずれも同じ矩形状の領域に形成され、矩形の長辺の長さは活性領域Ａの正方形の一辺の長さ（活性領域Ａの幅ｗ）の約４分の１程度である。また矩形の短辺の長さは活性領域Ａの正方形の一辺の長さ（活性領域Ａの幅ｗ）の約９分の１程度である。１５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ１５の下面は、図１２（ｂ）中、左右方向に５個、等間隔で並行に配置された状態が、上下方向に等間隔で３段形成されるように配置されている。すなわち１５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ１５の下面の面積の総和が、活性領域Ａの正方形の面積に対して約３６％の比率である。

図１２に示したＩＧＢＴでは、１５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ１５が、活性領域Ａの左右方向及び奥行方向に、それぞれ等間隔で形成される。そのため、１５個の高拡散領域１ｄ１，１ｄ２，…１ｄ１５及び格子欠陥領域２が、奥行方向及び左右方向に対称的に位置するように、コレクタ領域１が形成されると共に、活性領域Ａの左右方向における高拡散領域の存在範囲が更に拡がる。よって図１１に示したＩＧＢＴよりも、活性領域Ａ全体における電界の分布の偏りをさらに平坦化することができる。

尚、上記複数の変形例で例示される実施の形態にそれぞれ含まれる構造を、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜組み合わせてもよい。以上のように本発明は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１ コレクタ領域
１ａ 高拡散領域
２ 格子欠陥領域
３ コレクタ電極
１１ ドリフト領域
１２ａ〜１２ｈ ベース領域
１３ａ１〜１３ｈ１，１３ａ２〜１３ｈ２ エミッタ領域
１５ａ〜１５ｉ ゲート電極
１７ エミッタ電極
Ａ 活性領域

Claims (8)

1. 第１導電型のドリフト領域上に設けられた第２導電型のベース領域と、
   該ベース領域の内部に選択的に設けられた第１導電型のエミッタ領域と、
   前記ベース領域の表面と前記エミッタ領域の表面とに共通して対向するように選択的に設けられたゲート電極と、
   前記ドリフト領域の下に設けられると共に、第２導電型の不純物が導入された格子欠陥領域と、
   該格子欠陥領域の下に設けられると共に、一部が前記ベース領域側へ選択的に突出する高拡散領域を有するコレクタ領域と、
   を備え、
   前記高拡散領域における前記格子欠陥領域は、前記高拡散領域ではない部分の前記格子欠陥領域よりも薄い厚さで存在している、
   ことを特徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
2. 前記高拡散領域は複数個であり、該複数個の高拡散領域は、ストライプ状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
3. 高拡散領域は複数個であり、この複数個の高拡散領域は、互いに間隔を空けてマトリクス状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
4. 前記高拡散領域の面積は、活性領域の面積に対して１０％以上４０％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
5. 第１導電型のドリフト領域の表面に第２導電型のベース領域を形成する工程と、
   前記ベース領域の一部に第１導電型のエミッタ領域を形成する工程と、
   前記ベース領域の表面と前記エミッタ領域の表面とに共通して対向するようにゲート電極を選択的に形成する工程と、
   前記ドリフト領域の前記ベース領域と反対側の面に第２導電型の不純物イオンを注入して格子欠陥領域を形成する工程と、
   熱処理によって前記格子欠陥領域に注入された不純物イオンを活性化して第２導電型のコレクタ領域を形成する工程と、
   選択的なレーザーアニールによって前記格子欠陥領域に注入された不純物イオンの一部を更に活性化すると共に、前記格子欠陥領域の格子欠陥の一部を緩和して、前記コレクタ領域の一部に前記ベース領域側へ突出する高拡散領域を形成する工程と、
   を含み、
   前記高拡散領域における前記格子欠陥領域は、前記高拡散領域ではない部分の前記格子欠陥領域よりも薄い厚さで形成される、
   ことを特徴とする絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法。
6. 前記選択的なレーザーアニールは、前記格子欠陥領域の前記コレクタ電極側から、レーザー光をストライプ状に照射して行うことを特徴とする請求項５に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法。
7. 前記選択的なレーザーアニールは、前記格子欠陥領域の前記コレクタ電極側から、レーザー光をマトリクス状に照射して行うことを特徴とする請求項５に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法。
8. 前記選択的なレーザーアニールは、前記格子欠陥領域の、活性領域の面積に対して１０％以上４０％以下の面積に対して行うことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法。

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